[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsüberwachung eines Kondensators gemäß
dem ersten Teil des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines
derartigen Verfahrens. Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel, aus der JP-A-61
246 590 bekannt.
[0002] Die Zielsetzung der Entwicklung von Kraftwerksanlagen orientiert sich stets an den
wirtschaftlichen Aspekten der Stromerzeugung. Nach einer Phase der Steigerung der
Anlagengrößen, die besonders bei Kernkraftwerken wegen ihrer hohen Investitionskosten
ausgeprägt war, führten die hohen Brennstoffkosten fossil befeuerter Kraftwerke sowie
die Investitionen für Maßnahmen des Umweltschutzes einerseits zur Entwicklung von
Anlagen mit hoher Energieausnutzung durch Anwendung hoher Frischdampfzustände, sowie
andererseits zu komplexen Gestaltungen der Anlagen, ggf. mit Möglichkeiten zur Auskopplung
von Wärme für Heizzwecke oder dergleichen.
[0003] Unter diesen Aspekten ist beim Betrieb eines Kraftwerks stets das jeweilige thermodynamische
Optimum im Interesse einer möglichst wirtschaftlichen Stromerzeugung anzustreben.
Auch sind Gesichtspunkte wie Wartung und Instandhaltung Einflußgrößen von beachtlicher
wirtschaftlicher Bedeutung. Jede Möglichkeit einer weiteren Erhöhung der Arbeitsausnutzung
der Anlagen bedingt eine Verbesserung der wirtschaftlichen Effizienz. Zur größtmöglichen
Steigerung der Arbeitsausnutzung einer Kraftwerksanlage bietet sich der Einsatz von
Diagnosesystemen an, mit denen ein umfassender Überblick über den jeweiligen Anlagenzustand
erhalten werden kann, wie er zur Steuerung der Anlage im Hinblick auf die wirtschaftlich
günstigste Betriebsweise erforderlich ist. Auch können aufkommende Störungen durch
entsprechende Diagnose frühzeitig erkannt und durch entsprechende Abhilfemaßnahmen
vermieden, zumindest aber abgemildert werden. Die Erfindung bezieht sich auf die Diagnose
eines Kondensators, d. h. die Erfassung umfangreicher Meßwerte und Informationen während
des Betriebs des Kondensators zur Bildung einer Gesamtaussage über den Betriebszustand,
um zu Störungen führende Betriebsbedingungen frühzeitig zu erkennen sowie ggf. gezielte
Gegenmaßnahmen einzuleiten.
[0004] In der EP 0 030 459 Al und der DE 37 05 240 Al werden bereits Wege zur Überwachung
eines Kondensators in einer Dampfkraftwerksanlage gewiesen, die in erster Linie abgestellt
sind auf die Überwachung der Rohre in dem Kondensator, die von einem Kühlmittel (in
der Regel Wasser, das einem Fluß o. dgl. entnommen wird) durchströmt und von dem zu
kondensierenden Dampf umströmt werden. Eine vorherige intensive Reinigung des als
Kühlmittel verwendeten Wassers scheidet in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen
aus; daher gibt es zumeist Verschmutzungen, meistens schleimige Beläge, in den Rohren.
Diesen Verschmutzungen wird üblicherweise dadurch begegnet, daß dem Kühlwasser Reinigungskörper
zugesetzt werden, die die Innenseiten der Rohre mechanisch reinigen. Gemäß der EP
0 030 459 Al wird diese Reinigung dann veranlaßt, wenn die mittels des Diagnosesystems
festgestellte Wärmebilanz des Kondensators Verschlechterungen in einem Maß aufweist,
das gewisse festgelegte Vorgaben überschreitet. Zur Erstellung der Wärmebilanz wird
an mehreren Rohren der durch diese hindurchtretende Wärmefluß mittels an den Außenseiten
der Rohre angebrachter Wärmeflußsensoren gemessen. In der DE 37 05 240 Al wird angeregt,
Messungen an stichprobenartig ausgewählten und weitgehend gleichmäßig über den Kondensator
verteilten Rohren zur Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten dieser Rohre vorzunehmen,
wozu jedes der ausgewählten Rohre an seinem Austrittsende mit einem Temperatursensor
sowie einer Verschlußvorrichtung zu versehen ist. Wird das ausgewählte Rohr im normalen
Betrieb von Kühlwasser durchflossen, so mißt der Temperatursensor die Austrittstemperatur
des Kühlwassers. Wird das ausgewählte Rohr mittels der Verschlußvorrichtung verschlossen,
so nimmt das darin befindliche Kühlwasser nach einiger Zeit die Temperatur des Dampfes
an, der die Außenseite des Rohres umströmt, und nach erneutem Öffnen der Verschlußvorrichtung
mißt der Temperatursensor als Temperatur des dem Rohr entströmenden Kühlwassers die
Temperatur des außerhalb des Rohres befindlichen Dampfes. Nach einer gewissen Zeit,
die von der Diagnoseeinheit zu messen ist, sinkt die Temperatur des dem Rohr entströmenden
Kühlwassers wieder auf die normale Austrittstemperatur ab. Die gemessene Zeitdauer
ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers in dem Rohr, so daß zusammen
mit der von einem weiteren Temperatursensor bestimmten Temperatur des Kühlwassers
beim Eintritt in das Rohr alle Daten zur Verfügung stehen, die zur Berechnung des
(weitgehend betriebsunabhängigen) Wärmedurchgangskoeffizienten erforderlich sind.
Eine Rohrreinigung ist dann zu veranlassen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient unter
einen vorzugebenden Grenzwert absinkt. Zur Veranlassung der Rohrreinigung sollen die
Wärmedurchgangskoeffizienten aller ausgewählten Rohre bestimmt werden, wobei die Rohrreinigung
bereits dann vorzunehmen ist, wenn ein einziger Wärmedurchgangskoeffizient den vorgegebenen
Grenzwert unterschreitet.
[0005] Ausführungen zur Betriebsüberwachung eines Kondensators ergeben sich auch aus dem
Bericht "Tube Bundle Design and Performance Experience in Large Units" von A. Drosdziok,
W. Engelke und J. Plotz, EPRI Symposium on Condenser Technology, 7. bis 9. Juni 1983,
Orlando, Florida (USA) sowie dem Bericht "Functional and Thermodynamic Control of
Steam Turbine Condensers and their Peripheral Systems" von W. Zörner und A. Drosdziok,
ASME Paper 88-JPGC/Pwr-23. Beide Berichte weisen auch auf eine Quelle für Betriebsstörungen
des Kondensators hin, die der Rohrverschmutzung an Bedeutung gleichkommt, nämlich
das Eindringen von Inertgasen, insbesondere Luft, in das Dampfsystem. Inertgase können
unter Umständen den Kontakt des Dampfes mit den Rohren erschweren und so die Leistung
des Kondensators herabsetzen.
[0006] Die JP-A-61 246 590 betrifft eine Ausgestaltung der in der DE 37 05 240 Al dargestellten
Vorrichtung zur Überwachung eines Kondensators, bei der die Messung der Dampftemperatur
für jedes ausgewählte Rohr, dessen Wärmedurchgangskoeffizient zu bestimmen ist, an
anderen Rohren in der unmittelbaren Nachbarschaft des ausgewählten Rohrs, die durch
Stopfen verschlossen sind und in denen sich Temperaturmeßeinrichtungen befinden, erfolgt.
Jedem ausgewählten Rohr ist ein Durchflußmeßgerät zur Bestimmung des Massendurchsatzes
des durchfließenden Kühlmittels zugeordnet. Die Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten
für jedes ausgewählte Rohr erfolgt durch Auswertung der an diesem ausgewählten Rohr
beziehungsweise für dieses ausgewählte Rohr erhaltenen Meßwerte.
[0007] Das US-Patent 4,488,516 betrifft eine Einrichtung zur Entfernung von Aschenablagerungen
und dergleichen von den Wänden einer Brennkammer, die insbesondere zu einem Dampfkessel
gehören kann. Die Einrichtung umfaßt eine Vielzahl von Gebläsen, deren jedes durch
Aufblasen von Luft, Wasser oder Dampf Ablagerungen von einem Teil der Wand der Brennkammer
entfernen kann. In der Nähe jedes Gebläses ist eine zugehörige Temperaturmeßeinrichtung
oder Wärmeflußeinrichtung installiert, durch welche der Verschmutzungsgrad der Wand
in der Umgebung des Gebläses bestimmt wird; erreicht der Verschmutzungsgrad eine gewisse
Grenze, so wird das Gebläse aktiviert.
[0008] Mit der Erfindung soll eine Möglichkeit zur Überwachung eines Kondensators angegeben
werden, mit der sowohl Daten, die die Funktion des Kondensators integral beschreiben
und zur Diagnose der Kraftwerksanlage in ihrer Gesamtheit notwendig sind, als auch
Daten, die den Kondensator "im kleinen", z. B. einzelne Rohre oder kleine Gruppen
von Rohren im Kondensator, beschreiben, einbezogen werden. Auf diese Weise soll, entgegen
dem Stand der Technik, eine wirkliche "Gesamt-Diagnose" des Kondensators im Hinblick
auf sämtliche möglichen Beeinträchtigungen erzielt werden. Dabei soll auf komplizierte
Zusatzeinrichtungen zur Ertüchtigung des Kondensators verzichtet werden können, und
die Überwachung soll mit einfachsten und dementsprechend besonders robusten Mitteln,
die nach Möglichkeit auch bei allfälligen Revisionen des Kondensators zugänglich,
montierbar und demontierbar sein sollen, erfolgen.
[0009] Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Betriebsüberwachung eines Kondensators
mit einem Dampfraum, der von zu kondensierendem Dampf durchströmt wird, und mindestens
einer in dem Dampfraum befindlichen Anordnung mit einer Vielzahl von Rohren, deren
jedes von einem Eintrittsende zu einem Austrittsende von einem Kühlfluid durchströmt
wird, wobei die Vielzahl von Rohren eine Mehrzahl von ausgewählten Rohren umfaßt,
vorgeschlagen, bei dem für jedes ausgewählte Rohr
a) die Eintrittstemperatur des Kühlfluides am Eintrittsende, die Austrittstemperatur
des Kühlfluides am Austrittsende, die Temperatur des das ausgewählte Rohr unmittelbar
umströmenden Dampfes sowie der Massendurchsatz des das ausgewählte Rohr durchströmenden
Kühlfluides gemessen werden;
b) der Wärmedurchgangskoeffezient aus dem Produkt aus dem Massendurchsatz und einem
Logarithmus des Quotienten aus den Differenzen der Umgebungstemperatur und der Eintrittstemperatur
beziehungsweise der Umgebungstemperatur und der Austrittstemperatur bestimmt wird;
wonach die Wärmedurchgangskoeffizienten aller ausgewählten Rohre mit einem Sollwert
verglichen werden und eine Meldung abgegeben wird, falls zumindest ein Wärmedurchgangskoeffizient
von dem Sollwert wesentlich abweicht und das dadurch gekennzeichnet ist, daß
c) an zumindest einer Meßstelle in dem Dampfraum der Dampfdruck und/oder die Dampftemperatur
des Dampfes gemessen wird;
d) für jedes ausgewählte Rohr die Temperatur des dieses unmittelbar umströmenden Dampfes
berechnet wird aus dem Dampfdruck beziehungsweise der Dampftemperatur sowie einer
vorher ermittelten Form der Verteilung von Druck und/oder Temperatur in dem Dampfraum.
[0010] Zur Durchführung des Verfahrens ist ein zu überwachender Kondensator lediglich mit
einfachsten Mitteln für Druck- und Temperaturmessungen auszustatten. Es entfallen
aufwendige mechanische Komponenten, und es können - bis auf eine Dampfdruck- oder
Dampftemperaturmeßeinrichtung - Meßeinrichtungen in dem Dampfraum entfallen. Dies
ist bescnders wertvoll, da zwischen den Rohren im Dampfraum angeordnete Meßeinrichtungen
nach dem Aufbau des Kondensators u. U. nur schwer zugänglich sind und somit kaum inspiziert
und, falls notwendig, ausgetauscht werden können. Die Erfindung gestattet weitgehend
die Beschränkung auf Meßeinrichtungen, die an den Eintrittsenden und an den Austrittsenden
der Rohre, die in der Regel in leicht zugängliche Vorlauf- bzw. Ablaufkammern münden,
angebracht werden können. Die einzige im Dampfraum nötige Meßeinrichtung kann an einer
weitgehend frei wählbaren Meßstelle, insb. an einer leicht zugänslichen und/oder durch
günstige physikalische Bedingungen ausgezeichneten Meßstelle, angebracht werden. Die
Erfindung erlaubt die Realisierung eines besonders einfachen und besonders robusten
Diagnosesystems in Verbindung mit einem gleichermaßen einfachen Diagnoseverfahren,
was den bei Kraftwerksanlagen allgemein geltenden, auf optimale Arbeitsausnutzung
und größtmögliche Betriebssicherheit gerichteten Konstruktionsgrundsätzen in besonderer
Weise gerecht wird. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung die Diagnose auch
auf Hilfseinrichtungen des Kondensators, z. B. das Vakuumsystem, durch das Versehen
entsprechender Sensoren ausgedehnt werden kann.
[0011] Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß Druck und Temperatur im Dampfraum eines
Kondensators einerseits durch die Geometrie des Kondensators und andererseits durch
die aufgrund des speziellen thermodynamischen Zustandes des Dampfes in dem Kondensator
- Sattdampf - eindeutige Beziehung zwischen Druck und Temperatur festgelegt sind.
Die Verteilung von Druck und Temperatur im Dampfraum ist bereits durch eine Druck-
oder Temperaturmessung an einer einzigen Meßstelle im Dampfraum eindeutig bestimmbar,
nachdem einmal theoretisch oder experimentell in einem speziellen Fall die Form der
Verteilung von Druck oder Temperatur ermittelt wurde. Zur Ermittlung dieser Verteilung
kann die Strömung des kondensierenden Dampfes durch die Anordnung der Rohre berechnet
werden, ggf. unter Berücksichtigung experimentell gewonnener Informationen. Die Inhomogenität
der Verteilung ist in erster Linie durch den Einfluß der Druckverluste zu erklären,
die die Dampfströmung an den Rohren erleidet. Dies ist z. B. in dem bereits erwähnten
Bericht "Tube Bundle Design..." von Drosdziok, Engelke und Plotz erläutert. Die Schwankungen
von Druck und Temperatur im Dampfraum bei üblichen Kondensatoren liegen in einem Band
von höchstens etwa 20 % Breite. Mittels einer einzigen Druck- oder Temperaturmessung
in dem Dampfraum, vorteilhafterweise an einer Meßstelle abseits der Anordnung der
Rohre, können somit für jedes ausgewählte Rohr der Differenzdruck und die Umgebungstemperatur,
nämlich die Temperatur des das ausgewählte Rohr unmittelbar umströmenden Dampfes,
ermittelt werden.
[0012] Die Erfindung macht weiterhin vorteilhaften Gebrauch von den bekannten, einfachen
und sicheren Möglichkeiten zur Bestimmung des Massendurchsatzes des ein ausgewähltes
Rohr durchströmenden Kühlfluides. Die Bestimmung des Massendurchsatzes kann besonders
einfach durch Druckmessungen an den Eintrittsenden und den Austrittsenden der ausgewählten
Rohre erfolgen, da der Massendurchsatz der Druckdifferenz zwischen Eintrittsende und
Austrittsende im wesentlichen proportional ist. Auch können u. U. induktive Durchflußmeßgeräte
eingesetzt werden, da üblicherweise in dem Kondensator einer Kraftwerksanlage als
Kühlfluid ein im wesentlichen nicht aufbereitetes und somit elektrisch leitfähiges
Wasser aus einer entsprechend reichlichen natürlichen Ressource eingesetzt wird.
[0013] Die Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten eines ausgewählten Rohres erfordert
die Bildung eines Logarithmus des Quotienten zweier Temperaturdifferenzen. Dies stellt
kein Problem dar und kann sowohl mit bekannten Analog-Logarithmierern als auch nach
Digitalisierung der Meßwerte für die Temperaturen oder des Quotienten auf einer digitalen
Rechenanlage erfolgen. Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, Meßwerte und daraus
abgeleitete Werte so aufzubereiten, daß sie als Zahlenwerte für übliche Einheiten
vorliegen. Im Allgemeinen ist es ausreichend, die im Rahmen des Diagnoseverfahrens
notwendige arithmetische Aufbereitung mit Größen durchzuführen, die den Temperaturen,
Drucken usw. proportional sind. Dennoch ist es vorteilhaft, zur Vermeidung evtl. Komplikationen
als Logarithmus den natürlichen Logarithmus zu verwenden, wie er sich aus den physikalischen
Grundlagen des Verfahrens ergibt.
[0014] Günstig ist es weiterhin, zur Analyse der bei der Überwachung erhaltenen Meßdaten
für jedes ausgewählte Rohr die Wärmeleistung des das ausgewählte Rohr durchströmenden
Kühlfluides zu bestimmen, da diese Größe zu einer Darstellung der thermodynamischen
Verhältnisse im Inneren des Kondensators besonders geeignet ist. Zusätzlich kann die
"mittlere logarithmische Temperaturdifferenz", der Quotient der Differenz von Austrittstemperatur
und Eintrittstemperatur und des erwähnten Logarithmus, als ein vorteilhaftes Maß für
den Wärmeübergang ermittelt werden. Der Wärmedurchgangskoeffizient ergibt sich in
diesem Falle als eine Zahl, die dem Quotient von Wärmeleistung und mittlerer logarithmischer
Temperaturdifferenz proportional ist.
[0015] In besonders günstiger Ausgestaltung wird an einem Kondensator, der eine Vorlaufkammer
aufweist, in die alle Rohre mit ihren Eintrittsenden münden, zur Bestimmung der Eintrittstemperaturen
aller ausgewählten Rohre eine einzige Meßstelle in der Vorlaufkammer vorgesehen. Dies
ist für die Zwecke des Verfahrens vollkommen ausreichend, da meistens vor den durch
den Dampfraum erstreckten Rohren keine verteilten Wärmequellen zur lokalen Aufheizung
des Kühlwassers vorhanden sind und somit generell davon ausgegangen werden kann, daß
alle Rohre mit Kühlwasser derselben Temperatur beaufschlagt werden.
[0016] Im Hinblick auf die Angabe einer Vorrichtung, welche die Durchführung des Verfahrens
ermöglicht, wird eine Vorrichtung angegeben, welche aufweist:
a) an zumindest einer Meßstelle in dem Dampfraum Mittel zur Messung des Dampfdrucks
und/oder der Dampftemperatur, insbesondere einen Dampfdrucksensor oder einen Dampftemperatursensor;
b) für jedes ausgewählte Rohr einen Eintrittstemperatursensor an dem Eintrittsende,
einen Austrittstemperatursensor an dem Austrittsende sowie Mittel zur Messung des
Massendurchsatzes, insbesondere einen induktiven Durchflußmesser oder eine Kombination
aus einem Eintrittsdrucksensor am Eintrittsende und einem Austrittsdrucksensor am
Austrittsende;
c) eine Diagnoseeinrichtung, die mit den Mitteln zur Bestimmung der Dampftemperatur
beziehungsweise des Dampfdrucks, den Eintrittstemperatursensoren, den Austrittstemperatursensoren
sowie den Mitteln zur Messung des Massendurchsatzes verbunden ist und durch die aus
der Dampftemperatur beziehungsweise aus dem Dampfdruck für jedes ausgewählte Rohr
die Temperatur des dieses unmittelbar umströmenden Dampfes bestimmbar ist.
[0017] In besonderer Ausgestaltung sind die ausgewählten Rohre im wesentlichen gleichmäßig
über die Anordnung mit einer Vielzahl von Rohren verteilt.
[0018] Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Meßstelle zur Bestimmung von Dampftemperatur
und/oder Dampfdruck abseits der Anordnung mit den Rohren, vorzugsweise oberhalb dieser
Anordnung, vorzusehen. Solcherart ist die Meßstelle leicht erreichbar, und vor allem
ist eine besonders sichere Aussage über die Dampfströmung an einer solchen Meßstelle
möglich. Schließlich besteht an einer oberhalb der Rohre gelegenen Meßstelle kaum
eine Möglichkeit, daß die Meßwertaufnehmer durch Ablagerungen o. dgl. beeinträchtigt
werden.
[0019] Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele;
im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen für die Betriebsüberwachung ertüchtigten Kondensator;
Fig. 2 ein Beispiel, wie die Rohre des Kondensators mit Sensoren auszustatten sind.
[0020] Fig. 1 zeigt einen stark vereinfachten und schematisierten Querschnitt durch einen
Kondensator 1, in dessen Innerem ein Dampfraum 2 vorgesehen ist, in den der zu kondensierende
Dampf von der Oberseite her einströmt. Der Dampf umströmt eine Anordnung von Rohren
3, 4, die sich durch den Dampfraum 2 erstrecken und von einem Kühlfluid, insbesondere
von Kühlwasser, durchflossen sind. Der Dampf kondensiert an den Rohren 3, 4, und das
entstehende flüssige Kondensat sammelt sich im unteren Bereich des Kondensators 1
und wird dort abgezogen. Die Anordnung der Rohre 3, 4 umfaßt eine Anzahl ausgewählter
Rohre 4, die zu den Zwecken der Erfindung mit Sensoren 11, 12, 13, 14 bestückt sind.
Die Rohre 3, 4 sind in Rohrböden 18 eingelassen, wobei diese Rohrböden 18 gleichzeitig
eine Vorlaufkammer 7, der das Kühlfluid zugestellt wird, bzw. eine Ablaufkammer 16,
aus der das Kühlfluid wieder abgezogen wird, von dem Dampfraum 2 trennen. Die Rohre
3, 4 ragen mit Eintrittsenden 5 in die Vorlaufkammer 7 sowie mit Austrittsenden 6
in die Ablaufkammer 16. Das Kühlfluid strömt aus der Vorlaufkammer 7 in die Eintrittsenden
5, durchströmt die Rohre 3, 4 und tritt schließlich aus den Austrittsenden 6 in die
Ablaufkammer 16 aus, von wo es mit allseits bekannten und hier nicht dargestellten
Mitteln abgepumpt wird. Ggf. können dem Kühlfluid vor oder in der Vorlaufkammer 7
Reinigungskörper beigegeben werden, mit denen die Innenseiten der Rohre 3, 4 gereinigt
werden.
[0021] Diese Reinigungskörper sind in oder hinter der Ablaufkammer 16 wieder aus dem Kühlfluid
zu entfernen. Der Dampfraum 2 ist an einer Meßstelle 19 oberhalb der Rohre 3, 4 mit
einem Dampfdrucksensor 9 sowie einem Dampftemperatursensor 10 versehen. In der Regel
ist nur einer dieser Sensoren 9, 10 erforderlich, da aufgrund des speziellen thermodynamischen
Zustandes des Dampfes in dem Kondensator 1 zwischen Dampfdruck und Dampftemperatur
eine eindeutige Beziehung besteht. Weiterhin sind die Eintrittsenden 5 der ausgewählten
Rohre 4 mit Eintrittstemperatursensoren 11 und Eintrittsdrucksensoren 13 ausgestattet.
Gleichermaßen weisen die ausgewählten Rohre 4 an ihren Austrittsenden 6 Austrittstemperatursensoren
12 und Austrittsdrucksensoren 14 auf. Die Temperatursensoren 11, 12 dienen in Verbindung
mit den Dampftemperatursensor 10 der Bestimmung der Wärmemengen, die von dem die ausgewählten
Rohre 4 durchströmenden Kühlfluid dem Dampf im Dampfraum 2 entnommen werden, und damit
der Wärmeleistung jedes ausgewählten Rohres 4.
Die Drucksensoren 13, 14 dienen der Bestimmung des Massendurchsatzes an Kühlfluid
durch die ausgewählten Rohre 4 - sie können ggf. durch andere Sensoren ersetzt werden.
Besondere Ausführungen zur Gestaltung der Drucksensoren 9, 13 und 14 sowie der Temperatursensoren
10, 11 und 12 erübrigen sich, da derartige Sensoren in großer Vielfalt allgemein bekannt
sind und verwendet werden. Alle Sensoren 9, 10, 11, 12, 13 und 14 weisen Verbindungsleitungen
17 zu einer Diagnoseeinrichtung 15 auf. Diese Diagnoseeinrichtung 15 ist üblicherweise
ein elektronisches Gerät in Digital- oder Analogtechnik oder eine Kombination aus
digitalen und analogen Komponenten. Da entsprechende Komponenten in großer Vielfalt
bekannt sind, auch und insbesondere aus dem zitierten Stand der Technik, kann auf
weitere Ausführungen zur Gestaltung und Funktion der Diagnoseeinrichtung 15 verzichtet
werden.
[0022] Fig. 2 zeigt Möglichkeiten, ein ausgewähltes Rohr 4 mit Sensoren zu versehen. Das
Austrittsende 6 des ausgewählten Rohres 4 ragt aus einem Rohrboden 18, in dem das
ausgewählte Rohr 4 befestigt ist. Im Bereich des Austrittsendes 6 ist ein Austrittstemperatursensor
12 in Form eines Thermoelementes angeordnet. Weiterhin ist ein Austrittsdrucksensor
14 vorgesehen, von dem hier nur ein zu einem Manometer o. dgl. führendes Rohrstück
zu sehen ist. Weiterhin ist das ausgewählte Rohr 4 im Bereich des Austrittsendes 6
mit einem induktiven Durchflußmesser 8 in Form zweier nebeneinander um das ausgewählte
Rohr 4 gewickelten Spulen dargestellt. Der induktive Durchflußmesser 8 und der Austrittstemperatursensor
12 weisen Verbindungsleitungen 17 auf, die an entsprechende, an sich bekannte elektronische
Bediengeräte anzuschließen sind.
[0023] Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Betriebsüberwachung eines Rohre aufweisenden
Kondensators mit Messungen an ausgewählten Rohren, wobei für die Messungen lediglich
beliebig verfügbare, einfache und bei allfälligen Revisionen leicht inspizierbare
und auswechselbare Sensoren eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Betriebsüberwachung
fügt sich ohne weiteres in ein Diagnosesystem für eine vollständige Kraftwerksanlage
ein und gestattet die Überwachung sämtlicher Parameter, die zur Charakterisierung
des Betriebszustandes des überwachten Kondensators erforderlich sind.
1. Verfahren zur Betriebsüberwachung eines Kondensators (1) mit einem Dampfraum (2),
der von zu kondensierendem Dampf durchströmt wird, und mindestens einer in dem Dampfraum
(2) befindlichen Anordnung mit einer Vielzahl von Rohren (3, 4), deren jedes von einem
Eintrittsende (5) zu einem Austrittsende (6) von einem Kühlfluid durchströmt wird,
wobei die Vielzahl von Rohren (3, 4) eine Mehrzahl von ausgewählten Rohren (4) umfaßt,
bei dem für jedes ausgewählte Rohr
a) die Eintrittstemperatur des Kühlfluides am Eintrittsende (5), die Austrittstemperatur
des Kühlfluides am Austrittsende (6), die Temperatur des das ausgewählte Rohr (4)
unmittelbar umströmenden Dampfes sowie der Massendurchsatz des das ausgewählte Rohr
(4) durchströmenden Kühlfluides gemessen werden;
b) der Wärmedurchgangskoeffizient aus dem Produkt aus dem Massendurchsatz und einem
Logarithmus des Quotienten aus den Differenzen der Umgebungstemperatur und der Eintrittstemperatur
beziehungsweise der Umgebungstemperatur und der Austrittstemperatur bestimmt wird;
wonach die Wärmedurchgangskoeffizienten aller ausgewählten Rohre (4) mit einem Sollwert
verglichen werden und eine Meldung abgegeben wird, falls zumindest ein Wärmedurchgangskoeffizient
von dem Sollwert wesentlich abweicht,
dadurch gekennzeichnet, daß
c) an zumindest einer Meßstelle (19) in dem Dampfraum (2) der Dampfdruck und/oder
die Dampftemperatur des Dampfes gemessen wird;
d) für jedes ausgewählte Rohr (4) die Temperatur des dieses unmittelbar umströmenden
Dampfes berechnet wird aus dem Dampfdruck beziehungsweise der Dampftemperatur sowie
einer vorher ermittelten Form der Verteilung von Druck und/oder Temperatur in dem
Dampfraum (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Logarithmus der natürliche Logarithmus ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
a) für jedes ausgewählte Rohr (4) die Wärmeleistung des das ausgewählte Rohr (4) durchströmenden
Kühlfluides aus dem Produkt aus dem Massendurchsatz und der Differenz von Austrittstemperatur
und Eintrittstemperatur bestimmt wird;
b) für jedes ausgewählte Rohr (4) eine mittlere logarithmische Temperaturdifferenz
als Quotient der Differenz von Austrittstemperatur und Eintrittstemperatur und des
Logarithmus bestimmt wird;
c) der Wärmedurchgangskoeffizient aus dem Quotient von Wärmeleistung und mittlerer
logarithmischer Temperaturdifferenz berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Eintrittsenden (5) in
eine Vorlaufkammer (7) münden und für alle ausgewählten Rohre (4) die Eintrittstemperaturen
gemeinsam an einer Meßstelle in der Vorlaufkammer (7) bestimmt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
a) für jedes ausgewählte Rohr (4) der Eintrittsdruck des Kühlfluides am Eintrittsende
(5) und der Austrittsdruck des Kühlfluides am Austrittsende (6) gemessen werden;
b) für jedes ausgewählte Rohr (4) der Massendurchsatz aus der Differenz von Eintrittsdruck
und Austrittsdruck bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
a) das Kühlfluid eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit ist, insbesondere Wasser,
in dem Spuren von Mineralstoffen gelöst sind;
b) für jedes ausgewählte Rohr (4) der Massendurchsatz mittels eines induktiven Durchflußmessers
(8) gemessen wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche
aufweist:
a) an zumindest einer Meßstelle (19) in dem Dampfraum (2) Mittel (9; 10) zur Messung
des Dampfdrucks und/oder der Dampftemperatur, insbesondere einen Dampfdrucksensor
(9) oder einen Dampftemperatursensor (10);
b) für jedes ausgewählte Rohr (4) einen Eintrittstemperatursensor (11) an dem Eintrittsende
(5), einen Austrittstemperatursensor (12) an dem Austrittsende (6) sowie Mittel (8;
13;14) zur Messung des Massendurchsatzes, insbesondere einen induktiven Durchflußmesser
(8) oder eine Kombination aus einem Eintrittsdrucksensor (13) am Eintrittsende (5)
und einem Austrittsdrucksensor (14) am Austrittsende (6);
c) eine Diagnoseeinrichtung (15), die mit den Mitteln (9; 10) zur Bestimmung der Dampftemperatur
beziehungsweise des Dampfdrucks, dem Eintrittstemperatursensor (11), dem Austrittstemperatursensor
(12) sowie den Mitteln (8; 13; 14) zur Messung des Massendurchsatzes verbunden ist
und durch die aus der Dampftemperatur beziehungsweise dem Dampfdruck für jedes ausgewählte
Rohr (4) die Temperatur des dieses unmittelbar umströmenden Dampfes bestimmbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die ausgewählten Rohre (4) im wesentlichen gleichmäßig
über die Anordnung mit der Vielzahl von Rohren (3, 4) verteilt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Meßstelle (19) abseits der Anordnung
mit den Rohren (3, 4), insbesondere oberhalb der Anordnung mit den Rohren (3, 4),
liegt.
1. Method for operational monitoring of a condenser (1) with a steam chamber (2), through
which steam to be condensed flows, and with at least one arrangement located in the
steam chamber (2) having a plurality of tubes (3,4), each tube of which has coolant
fluid flowing through it from an inlet end (5) to an outlet end (6), wherein the plurality
of tubes (3,4) has a multiplicity of selected tubes (4), in which
a) the inlet temperature of the coolant fluid at the inlet end (5), the outlet temperature
of the coolant fluid at the outlet end (6), the temperature of the steam immediately
flowing around the selected tube (4) and the mass throughput of the coolant fluid
flowing through the selected tube (4), is measured for each selected tube;
b) the heat transfer coefficient is determined from the product of the mass throughput
and a logarithm of the quotient from the differences between the ambient temperature
and the inlet temperature or between the ambient temperature and the outlet temperature,
for each selected tube;
after which the heat transfer coefficients of all of the selected tubes (4) are
compared with a set-point value and a warning issued if at least one heat transfer
coefficient deviates substantially from the set-point value, characterised in that
c) the steam pressure and/or the steam temperature of the steam is measured at least
at one measuring point (19) in the steam chamber (2);
d) the temperature of the steam immediately flowing around each selected tube (4)
is calculated for this respective tube from the steam pressure or the steam temperature
as well as a previously ascertained form of the distribution of pressure and/or the
temperature in the steam chamber (2).
2. Method according to claim 1, wherein the logarithm is the natural logarithm.
3. Method according to claim 2, wherein
a) the heat output of the coolant fluid flowing through the selected tube (4) from
the product of the mass throughput and the difference between the outlet temperature
and the inlet temperature is determined for each selected tube (4):
b) a mean logarithmic temperature difference as a quotient of the difference between
the outlet temperature and the inlet temperature and of the logarithm is determined
for each selected tube (4);
c) the heat transfer coefficient is calculated from the quotient of the heat output
and a mean logarithmic temperature difference.
4. Method according to one of the preceding claims, wherein all inlet ends (5) open into
an inflow chamber (7) and the inlet temperatures for all of the selected tubes (4)
are determined in common at one measuring point in the inflow chamber (7).
5. Method according to one of the preceding claims, wherein:
a) the inlet pressure of the coolant fluid at the inlet end (5) and the outlet pressure
of the coolant fluid at the outlet end (6) are measured for each selected tube (4);
b) the mass throughput for each selected tube (4) is determined from the difference
between the inlet pressure and the outlet pressure.
6. Method according to one of claims 1 to 4, wherein
a) the coolant fluid is an electrically conductive liquid, in particular water in
which traces of minerals are dissolved;
b) the mass throughput for each selected tube (4) is measured by means of an inductive
flowmeter (8).
7. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, which comprises:
a) means (9;10) at least at one measuring point (19) in the steam chamber (2) for
measuring the steam pressure and/or the steam temperature, in particular a steam pressure
sensor (9) or a steam temperature sensor (10);
b) for each selected tube (4) an inlet temperature sensor (11) at the inlet end (5),
an outlet temperature sensor (12) at the outlet end (6), and means (8; 13; 14) for
measuring mass throughput, in particular an inductive flowmeter (8) or a combination
of an inlet pressure sensor (13) at the inlet end (5) and an outlet pressure sensor
(14) at the outlet end (6);
c) a diagnostic device (15) which is connected to the means (9; 10) for determining
the steam temperature or the steam pressure, to the inlet temperature sensor (11),
to the outlet temperature sensor (12) and to the means (8: 13; 14) for measuring the
mass throughput, and through which the temperature of the steam immediately flowing
around each selected tube (4) is determined from the steam temperature or the steam
pressure for each selected tube (4).
8. Device according to claim 7, in which the selected tubes (4) are distributed substantially
uniformly over the arrangement with the plurality of tubes (3,4).
9. Device according to claim 7 or 8, in which the measuring point (19) lies apart from
the arrangement with the tubes (3,4) in particular above the arrangement with the
tubes (3,4).
1. Procédé pour contrôler le fonctionnement d'un condenseur (1) comportant une chambre
à vapeur (2), qui est traversée par une vapeur à condenser, et au moins un dispositif
situé dans la chambre à vapeur (2) et comprenant une multiplicité de tubes (3, 4),
dont chacun est parcouru depuis l'extrémité d'entrée (5) jusqu'à une extrémité de
sortie (6), par un fluide de refroidissement, et dans lequel la multiplicité de tubes
(3, 4) comprend une multiplicité de tubes sélectionnés (4), et selon lequel, pour
chaque tube sélectionné,
a) on mesure la température d'entrée du fluide de refroidissement à l'extrémité d'entrée
(5), la température de sortie du fluide de refroidissement à l'extrémité de sortie
(6), la température de la vapeur circulant directement autour du tube (4) sélectionné
ainsi que le débit massique du fluide de refroidissement circulant dans le tube (4)
sélectionné;
b) on détermine le coefficient de transfert thermique à partir du produit du débit
massique par un logarithme du quotient entre la différence entre la température ambiante
et la température d'entrée et la différence entre la température ambiante et la température
de sortie;
les coefficients de transfert thermique de tous les tubes (4) sélectionnés étant comparés
à une valeur de consigne et une signalisation étant délivrée dans le cas où au moins
un coefficient de transfert thermique s'écarte fortement de la valeur de consigne,
caractérisé par le fait
c) qu'on mesure la pression de vapeur et/ou la température de la vapeur en au moins
un emplacement de mesure (19) dans la chambre à vapeur (2);
d) que pour chaque tube (4) sélectionné, on calcule la température de cette vapeur
circulant directement autour du tube, à partir de la pression de vapeur ou de la température
de la vapeur ainsi que d'une forme, déterminée auparavant, de la distribution de la
pression et/ou de la température dans la chambre à vapeur (2).
2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel le logarithme est le logarithme naturel.
3. Procédé suivant la revendication 2, selon lequel
a) pour chaque tube (4) sélectionné, on détermine la puissance thermique du fluide
de refroidissement qui traverse le tube (4) sélectionné, à partir du produit du débit
massique par la différence entre la température de sortie et la température d'entrée;
b) pour chaque tube (4) sélectionné, on détermine une différence de température logarithmique
moyenne en tant que quotient entre la différence entre la température de sortie et
la température d'entrée, et le logarithme;
c) on calcule le coefficient de transfert thermique à partir du quotient entre la
puissance thermique et la différence de température logarithmique moyenne.
4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, selon lequel toutes les extrémités
d'entrée (5) débouchent dans une chambre amont (7) et, pour tous les tubes (4) sélectionnés,
on détermine les températures d'entrée en commun en un point de mesure dans la chambre
amont (7).
5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, selon lequel
a) pour chaque tube (4) sélectionné, on mesure la pression d'entrée du fluide de refroidissement
à l'extrémité d'entrée (5) et la pression de sortie du fluide de refroidissement à
l'extrémité de sortie (6);
b) pour chaque tube (4) sélectionné, on détermine le débit massique à partir de la
différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie.
6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, selon lequel
a) le liquide de refroidissement est un liquide électriquement conducteur, notamment
de l'eau, dans lequel sont dissoutes des traces de substances minérales;
b) pour chaque tube (4) sélectionné, on mesure le débit massique à l'aide d'un débitmètre
inductif (8).
7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6,
qui comprend :
a) en au moins un emplacement de mesure (19) dans la chambre à vapeur (2), des moyens
(9; 10) pour mesurer la pression de vapeur et/ou la température de la vapeur, notamment
un capteur (9) de la pression de vapeur ou un capteur (10) de la température de la
vapeur;
b) pour chaque tube (4) sélectionné, un capteur (11) de la température d'entrée, qui
est présent à l'extrémité d'entrée (5), un capteur (12) de la température de sortie,
qui est présent à l'extrémité de sortie (6), ainsi que des moyens (8; 13; 14) pour
mesurer le débit massique, notamment un débitmètre inductif (8) ou un ensemble combiné
formé d'un capteur (13) de la pression d'entrée, situé à l'extrémité d'entrée (5),
et un capteur (14) de la pression de sortie, situé à l'extrémité de sortie (6);
c) un dispositif de diagnostic (15), qui est relié aux moyens (9; 10) servant à déterminer
la température de la vapeur et la pression de vapeur, au capteur (11) de la température
d'entrée, au capteur (12) de la température de sortie ainsi qu'aux moyens (8; 13;
14) servant à mesurer le débit massique, et au moyen duquel peut être déterminée,
à partir de la température de la vapeur ou de la pression de vapeur pour chaque tube
(4) sélectionné, la température de la vapeur qui circule directement autour de ce
tube.
8. Dispositif suivant la revendication 7, dans lequel les tubes (4) sélectionnés sont
répartis sensiblement uniformément sur le dispositif constitué par la multiplicité
de tubes (3, 4).
9. Dispositif suivant la revendication 7 ou 8, dans lequel le point de mesure (19) est
situé à l'écart du dispositif comprenant les tubes (3, 4) et notamment au-dessus du
dispositif comprenant les tubes (3, 4).